0引言

伴隨著日趨嚴(yán)重的環(huán)境問題及不可再生資源的枯竭，電動汽車由于其所具有的零排放、低能耗、低噪音等特點成為最有潛力的新能源汽車。但現(xiàn)階段純電動汽車面對續(xù)駛里程短、電池成本高、充電時間長等痛點，還無法完全滿足用戶的需求［1］。而增程式電動汽車作為過渡車型，可以在燃油汽車燃料消耗和純電動汽車?yán)m(xù)駛里程短的問題上做到較好的平衡，同時可以減小電池電量解決純電動汽車電池成本高、充電時間長的問題。增程式電動汽車不同于燃油汽車，其發(fā)動機(jī)可根據(jù)整車需求始終工作在最高效率點［2］，使發(fā)動機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性達(dá)到最高。而驅(qū)動部分與純電動汽車的電驅(qū)動系統(tǒng)相同，保持著電驅(qū)動系統(tǒng)的高效特性。作為增程式電動汽車動力系統(tǒng)的另一個重要組成部分，發(fā)電系統(tǒng)的能效轉(zhuǎn)化率對整車的整體能耗水平就顯得尤為重要。本文基于某款增程式電動汽車，結(jié)合發(fā)動機(jī)、發(fā)電機(jī)的工作特性，對其發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行能耗分析，發(fā)現(xiàn)發(fā)動機(jī)高效工作點的轉(zhuǎn)速與發(fā)電機(jī)高效工作點的轉(zhuǎn)速存在不匹配問題，通過在發(fā)動機(jī)和發(fā)電機(jī)之間新增變速系統(tǒng)，設(shè)計合適的速比，使發(fā)動機(jī)和發(fā)電機(jī)均工作在高效區(qū)域，解決轉(zhuǎn)速點不匹配問題，可有效提升發(fā)電系統(tǒng)的運行效率，從而進(jìn)一步降低整車的能耗水平，提升續(xù)駛里程，具有較高的應(yīng)用價值。

1增程式動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理

增程式電動汽車的動力系統(tǒng)重要由增程器系統(tǒng)、動力鋰電池、驅(qū)動系統(tǒng)等組成［3］，其結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。增程器系統(tǒng)重要包括發(fā)動機(jī)、發(fā)電機(jī)、GCU（發(fā)電機(jī)控制器總成，GeneratorControllerUnit，簡稱GCU），增程器啟動時，由動力鋰電池給GCU供電，驅(qū)動發(fā)電機(jī)來啟動發(fā)動機(jī)，發(fā)動機(jī)啟動后增程器轉(zhuǎn)入發(fā)電模式，給驅(qū)動系統(tǒng)供電或者對動力鋰電池進(jìn)行充電。驅(qū)動系統(tǒng)重要包括減速器、驅(qū)動電機(jī)、MCU（電機(jī)控制器總成，MotorControllerUnit，簡稱MCU），驅(qū)動系統(tǒng)接收增程器或者動力鋰電池的能量來驅(qū)動車輛前進(jìn)或者后退，同時在車輛制動時發(fā)電并充入到動力鋰電池中。

增程式電動汽車一般分為純電模式和增程模式兩種駕駛模式［4］，動力鋰電池SOC（荷電狀態(tài)，StateofCharge，簡稱SOC），值較高時采用純電模式，相當(dāng)于純電動汽車。當(dāng)SOC值低于設(shè)定的下限值時，增程器啟動，發(fā)電機(jī)將發(fā)動機(jī)出現(xiàn)的能量轉(zhuǎn)化為電能供應(yīng)給驅(qū)動電機(jī)，并將多余的電能儲存在電池中，給動力鋰電池充電。另外當(dāng)整車急加速等工況需求較大的功率，而動力鋰電池或增程器單獨工作均無法滿足需求時，由動力鋰電池和增程器共同為驅(qū)動電機(jī)供電，以滿足整車性能需求。

2增程發(fā)電系統(tǒng)能耗分析

2.1發(fā)動機(jī)能耗分析

本文基于某款增程式電動汽車進(jìn)行分析，其增程器搭載的是一款四缸1.5L自然吸氣發(fā)動機(jī)，增程器設(shè)計峰值功率50kW，最大扭矩130N·m，最高轉(zhuǎn)速4500r·min-1。在增程模式下，為了保證發(fā)動機(jī)始終工作在最高效率點，根據(jù)發(fā)動機(jī)的萬有特性曲線及整車的功率需求，確定發(fā)動機(jī)的工作點如圖2所示，五個工作點分別對應(yīng)10kW、20kW、30kW、40kW、50kW五個輸出功率，對應(yīng)的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、燃油消耗率見表1，平均燃油消耗率為252g/kW·h，處于發(fā)動機(jī)的高效區(qū)。

2.2發(fā)電機(jī)能耗分析

根據(jù)整車性能需求，其要保證增程器在40kW工況下持續(xù)工作，發(fā)電機(jī)匹配一款額定功率為40kW的永磁同步電機(jī)，發(fā)電機(jī)的性能參數(shù)見表2。根據(jù)增程器發(fā)動機(jī)的工作點及發(fā)電機(jī)的效率MAp圖，匹配的發(fā)電機(jī)工作點如圖3所示，發(fā)電機(jī)五個工作點的效率見表3，其平均效率為87.4%。因發(fā)動機(jī)的高效區(qū)重要集中在中低轉(zhuǎn)速2000r·min-1~4000r·min-1之間，而發(fā)電機(jī)的高效區(qū)重要集中在高轉(zhuǎn)速4000r·min-1~9000r·min-1區(qū)域，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)與發(fā)動機(jī)的工作點不匹配，發(fā)電機(jī)的高效區(qū)無法利用，增程器的系統(tǒng)效率偏低。

2.3發(fā)電系統(tǒng)能耗優(yōu)化分析

針對增程器發(fā)動機(jī)與發(fā)電機(jī)高效工作點不匹配問題，在發(fā)動機(jī)和發(fā)電機(jī)之間新增變速系統(tǒng)，根據(jù)發(fā)動機(jī)和發(fā)電機(jī)各自的高效率區(qū)對應(yīng)的轉(zhuǎn)速區(qū)間，設(shè)計合適的速比，使發(fā)動機(jī)和發(fā)電機(jī)均工作在高效區(qū)域。本文對原增程器系統(tǒng)發(fā)動機(jī)和發(fā)電機(jī)之間新增一個速比為2的變速箱，對發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行放大，將發(fā)電機(jī)工作的轉(zhuǎn)速區(qū)間由2000r·min-1~4000r·min-1放大到3000r·min-1~8000r·min-1。優(yōu)化后的發(fā)電機(jī)工作點分布圖見圖4，發(fā)電機(jī)工作點效率見表4，其平均效率為90.8%。

3結(jié)論

本文對某款增程式電動汽車發(fā)電系統(tǒng)的能耗分析發(fā)現(xiàn)，發(fā)動機(jī)高效率區(qū)轉(zhuǎn)速低，發(fā)電機(jī)高效率區(qū)轉(zhuǎn)速高，兩者存在不匹配問題，通過在發(fā)動機(jī)和發(fā)電機(jī)之間新增速比為2的變速系統(tǒng)，放大發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，使發(fā)電機(jī)工作在高效率區(qū)，優(yōu)化前后發(fā)電機(jī)各個工作點的效率比較如圖5所示，新增變速系統(tǒng)后，發(fā)電機(jī)五個工作點的效率均有較大提升，特別是在低功率區(qū)間效率提升明顯，單工作點最大效率提升4.8%，平均效率提升3.4%。

通過對增程式電動汽車發(fā)動機(jī)和發(fā)電機(jī)之間新增變速系統(tǒng)，解決了發(fā)動機(jī)和發(fā)電機(jī)高效工作點轉(zhuǎn)速不匹配問題，有效的提升了發(fā)電機(jī)系統(tǒng)效率，從而進(jìn)一步降低了增程式電動汽車的能耗水平，提升續(xù)駛里程，具有較高的應(yīng)用價值。

參考文獻(xiàn)：

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［4］張民安，儲江偉。采用恒功率控制策略的增程式汽車動力系統(tǒng)匹配［J］。重慶理工大學(xué)學(xué)報，2019，33（3）：73-79.